矿用车变速器开发技术思路解析

张海涛

（陕西法士特汽车传动工程研究院，西安710119）

0 引言

随着我国经济的不断发展，重型卡车行业市场迅速扩大。据不完全统计，2013年，我国全年重型卡车销量超过70万台。随着重型卡车的发展和升级，各个主机厂不断深化改革，各种车型不断细化，我国的重型汽车已经逐步向精细化方向发展。变速器是车辆的核心部件之一，变速器的性能直接影响到整车的动力性能。

矿用车作为重型卡车的细分车型之一，主要用于土方剥离和煤炭运输等。近年来该细分市场迅速发展，已经成为重卡市场的重要组成部分之一。矿用车虽然是重型汽车，但又有别于一般的重型汽车。在其发展初期，受市场资源限制，其动力总成大多借用目前公路用车的动力总成，随着矿用车市场和技术的不断发展，对其动力总成提出了新要求，对变速器也提出了有别于公路运输车变速器的特殊要求。

1 现状

目前市场上销售的矿用车，根据车架宽窄情况，分为普通自卸车和宽体自卸车。普通自卸车是在一般公路运输车底盘和动力总成基础上设计的，与普通重型车辆相比较，变化小，但也存在着载重量小、大箱举升稳定性差等弊端。宽体自卸车是一种专用自卸车，它具有载重量大、大箱举升稳定性好等诸多优点，根据目前的市场发展趋势，宽体自卸车已经逐步赢得市场。

图1 普通自卸车

图2 宽体自卸车

无论是宽体自卸车还是普通自卸车，在其发展初期均采用了普通重型汽车的动力总成。经过大量的用户走访和市场调研，我们对矿用车变速器的开发进行了探讨。

2 技术思路

1）大扭矩化。随着市场的不断发展，用户对矿用车的效率要求也在逐步提升，用户希望矿用车能够不断提升单趟运输效率，因而对变速器也提出了更高的要求。目前矿用车匹配的变速器输入扭矩最大基本在1800 N·m左右。这一输入扭矩已经不能满足未来需要，市场亟需输入扭矩在2200～2600 N·m的变速器产品。

2）可靠性要求更高。对于用户而言，变速器的可靠性是至关重要的，因此，希望变速器在满足使用条件的情况下，挡位数量尽量少，尽可能为单箱。目前的矿用车变速器产品，挡位数主要为7挡、9挡和10挡。对于7挡变速器产品，可以设计为单箱双中间轴结构，不带副箱气路，可靠性更高，但受结构限制，输入扭矩只能达到1800～2000 N·m，一挡速比只能达到9～9.5，对于在正常矿区从事作业的自卸车，可按该原则进行设计。因为相比较而言，这种变速器的可靠性更高。对于9挡和10挡变速器而言，只能设计为主副箱组合结构，以满足更高的爬坡度要求，对于此类变速器，可将输入扭矩设计到2200 N·m以上，一挡速比可达到14以上，对于从事深坑作业，对爬坡度要求较高的自卸车，可按该原则进行变速器设计。

3）速比排布的特殊设计。由于矿区路面条件差，车辆载重量大，长期工作在坡道，所以车辆长期低速运行。因此，无论是7挡箱、还是9挡、10挡箱，为了满足矿用车的需求，速比极差的设计排布不能够按照常规公路运输车的设计原则进行，常规公路运输车辆的变速器速比极差是根据气运输条件设置的，一般情况下，高挡速比极差小、低挡速比级差大，这非常适用于公路用车。对于矿用车变速器而言，为了更好地满足其特殊工况，应按照矿用车长期运行在低速重载条件下的实际情况进行，一般推荐将长期使用的低挡区速比极差设计得较小，而将使用率较低的高挡区速比极差设计得较大，这样可以保证同样的车辆使用该种设计原则变速器在矿区更加省油，用户操作更加舒适。

图3 变速器冷却系统布置

4）润滑冷却系统的设计。自卸车辆不论从事何种作业，均长期在坡道上运行，而且部分工况可能坡度较大，超出了变速器设计的最大限制，对于这种情况，应当从设计上降低坡道因素对变速器寿命及性能的影响。对此，我们建议在矿用车专用变速器设计时，尽可能地设计润滑冷却油泵，以满足特殊工况要求，对于润滑系统，尽可能设计成标准配置，将各关键部件，如齿轮、轴承等，分别进行强制润滑，以减轻坡道因素对变速器造成的影响。对于油泵，尽可能将其设计为外置油泵或者选择可靠性较高的产品，由于矿用车工作条件恶劣，必须要考虑到维修。对于冷却系统，变速器本体设计时必须要预留冷却接口，建议主机厂家匹配时匹配。

5）防掉挡设计。矿区路面条件差，车辆运行时，载重量大，这种情况下，如果变速器发生掉挡，会产生诸多安全隐患，因此建议在进行此类变速器设计时，增加防掉挡的机械机构或者气动机构。

图4 倒锥齿滑套

6）预留辅助制动接口。由于矿用车长期以重载车况运行在坡道上，因此对刹车系统造成极大压力，长期使用车辆主制动，会造成刹车片过热等问题，带来诸多安全隐患。随着辅助制动技术的不断发展，为矿用车的匹配提供了新的选择，缓速器无疑是其中最可靠的选择之一，缓速器的选择可以大大降低主制动的工作压力，因此，在矿用车变速器开发时，建议预留相关接口，以便于匹配缓速器等辅助制动设备，对于设计实力较强的设计单位，可以考虑将缓速器与变速器进行集成设计，已满足客户的特殊需求。

图5 变速器匹配液力缓速器

3 结论

本文对目前矿用车的市场现状以及目前匹配变速器的现状进行了深入分析，分析了目前矿用车变速器存在的不足，根据细分市场的具体要求，提出了矿用车变速器设计时应当满足的设计原则和设计要求，为后续该类型变速器的设计开发提供了一定的技术支持。为该类型变速器的优化设计提供了技术思路。